煤矿采动区地面井瓦斯抽采技术及其应用前景分析.pdf

第 ４２ 卷第 ６ 期煤 炭 科 学 技 术Ｖｏｌ􀆱 ４２ Ｎｏ􀆱 ６ ２０１４ 年６ 月Ｃｏａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＪｕｎｅ ２０１４ 煤矿采动区地面井瓦斯抽采技术及其应用前景分析 孙东玲ꎬ孙海涛 中国煤炭科工集团重庆研究院有限公司ꎬ重庆 ４０００３７ 摘 要针对我国煤层松软、低渗、抽采困难的问题ꎬ提出了充分利用煤层采动卸压效应强化抽采煤层 解吸瓦斯和工作面涌出瓦斯的采动区地面井抽采技术ꎮ 从资源评价、井型设计、地面布井、局部防护、 安全抽采控制等关键技术和成套技术的应用效果及发展前景等方面对煤矿采动区瓦斯地面井抽采技 术在瓦斯治理方面的应用进行了深入分析ꎬ指出煤矿采动区地面井抽采瓦斯技术是进行煤矿区瓦斯 灾害综合治理的一条有效途径ꎻ提出了进行煤矿区煤层气规模化开发、有效治理井下瓦斯灾害的合理 化建议地面井布井应偏向工作面回风巷侧ꎬ井型结构应充分发挥采场裂隙带的作用ꎮ 关键词地面井ꎻ采动区ꎻ瓦斯治理ꎻ瓦斯抽采 中图分类号ＴＤ７１２ 文献标志码Ａ 文章编号０２５３－２３３６２０１４０６－００４９－０４ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｐｒｏｓｐｅｃｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ Ｇａｓ Ｄｒａｉｎａｇｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｗｅｌｌ ｉｎ Ｍｉｎｉｎｇ Ａｒｅａ ＳＵＮ Ｄｏｎｇ￣ｌｉｎｇꎬＳＵＮ Ｈａｉ￣ｔａｏ Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｃｏｍｐａｎｙ ＬｉｍｉｔｅｄꎬＣｈｉｎａ Ｃｏａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ＧｒｏｕｐꎬＣｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００３７ꎬＣｈｉｎａ ＡｂｓｔｒａｃｔＡｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｓｏｆｔꎬｌｏｗ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ ｇａｓ ｄｒａｉｎａｇｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅａｍ ｉｎ Ｃｈｉｎａꎬａ ｓｕｒｆａｃｅ ｇａｓ ｗｅｌｌ ｄｒａｉｎａｇｅ ｔｅｃｈ￣ ｎｏｌｏｇｙ ｗａｓ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｔｏ ｄｒａｉｎ ｔｈｅ ｄｅｓｏｒｂｅｄ ｇａｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｓｅａｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｇａｓ ｉｎ ｔｈｅ ｍｉｎｉｎｇ ｄｉｓｔｕｒｂｅｄ ａｒｅａ ｅｍｉｔｔｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｍｉｎｉｎｇ ｆａｃｅ ｗｉｔｈ ａ ｆｕｌｌ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅａｍ ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒｅｌｅａｓｅｄ ｅｆｆｅｃｔ.Ａ ｄｅｅｐ ａｎａｌｙｓｉｓ ｗａｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｍｉｎｅ ｇａｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎꎬｇａｓ ｗｅｌｌ ｄｅｓｉｇｎꎬｓｕｒｆａｃｅ ｇａｓ ｗｅｌｌ ｌａｙｏｕｔꎬｌｏｃａｌ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎꎬｓａｆｅｔｙ ｇａｓ ｄｒａｉｎａｇｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｇａｓ ｗｅｌｌ ｄｒａｉｎａｇｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｔｈｅ ｍｉｎｉｎｇ ｄｉｓｔｕｒｂｅｄ ａｒｅａ ｏｆ ｔｈｅ ｍｉｎｅꎬａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐｌｅｔｅｄ ｔｅｃｈｎｏｌ￣ ｏｇｙꎬｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ａｓｐｅｃｔｓ.Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｐｏｉｎｔｅｄ ｏｕｔ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｇａｓ ｗｅｌｌ ｄｒａｉｎａｇｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｔｈｅ ｍｉｎｉｎｇ ｄｉｓｔｕｒｂｅｄ ａｒｅａ ｏｆ ｔｈｅ ｍｉｎｅ ｗｏｕｌｄ ｂｅ ａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ａｃｃｅｓｓ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｇａｓ ｄｉｓａｓｔｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ ｔｈｅ ｍｉｎｉｎｇ ａｒｅａ.Ｔｈｅ ｒａｔｉｏｎａｌ ｐｒｏｐｏｓａｌｓ ｏｆ ａ ｓｃａｌｅ ｄｅｖｅｌｏｐ ｔｈｅ ｃｏａｌｂｅｄ ｍｅｔｈａｎｅ ｉｎ ｔｈｅ ｍｉｎｉｎｇ ａｒｅａ ａｎｄ ｔｏ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｇａｓ ｄｉｓａｓｔｅｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｍｉｎｅ ｗａｓ ｐｒｏｖｉｄｅｄ.Ｔｈｅ ｌａｙ￣ ｏｕｔ ｏｆ ｓｕｒｆａｃｅ ｇａｓ ｗｅｌｌｓ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｐａｒｔｉａｌ ｔｏ ｔｈｅ ａｉｒ ｒｅｔｕｎｉｎｇ ｇａｔｅｗａｙ ｓｉｄｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｍｉｎｉｎｇ ｆａｃｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｇａｓ ｗｅｌｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｓｈｏｕｌｄ ｆｕｌｌｙ ｐｌａｙ ｔｈｅ ｒｏｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｒａｃｋｉｎｇ ｚｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｍｉｎｉｎｇ ｆａｃｅ. Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓｓｕｒｆａｃｅ ｇａｓ ｗｅｌｌꎻｍｉｎｉｎｇ ｄｉｓｔｕｒｂｅｄ ｚｏｎｅꎻｇａｓ ｃｏｎｔｒｏｌꎻｇａｓ ｄｒａｉｎａｇｅ 收稿日期２０１４－０４－１２ꎻ责任编辑王晓珍 ＤＯＩ１０.１３１９９/ ｊ.ｃｎｋｉ.ｃｓｔ.２０１４.０６.０１０ 基金项目国家科技重大专项资助项目２０１１ＺＸ０５０４０－００４ꎻ国家自然科学基金资助项目５１３７４２３６ꎻ山西省基础研究计划－煤层气联合研究基 金资助项目２０１２０１２０１５ 作者简介孙东玲１９６３ꎬ男ꎬ山东聊城人ꎬ研究员ꎬ博士ꎬ现任中国煤炭科工集团重庆研究院有限公司首席专家、新疆分院院长ꎮ 引用格式孙东玲ꎬ孙海涛.煤矿采动区地面井瓦斯抽采技术及其应用前景分析[Ｊ].煤炭科学技术ꎬ２０１４ꎬ４２６４９－５２ꎬ３９. ＳＵＮ Ｄｏｎｇ￣ｌｉｎｇꎬＳＵＮ Ｈａｉ￣ｔａｏ.Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｐｒｏｓｐｅｃｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ Ｇａｓ Ｄｒａｉｎａｇｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｗｅｌｌ ｉｎ Ｍｉｎｉｎｇ Ａｒｅａ[Ｊ].Ｃｏａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１４ꎬ４２６４９－５２ꎬ３９. ０ 引 言 我国煤矿瓦斯抽采历史较长ꎬ自 １９３８ 年首次在 抚顺龙凤矿进行采空区瓦斯抽采以来ꎬ煤矿瓦斯抽 采技术可分为 ４ 个发展阶段[１－５]①２０ 世纪 ５０ 年代 初开始的高透气性煤层瓦斯抽采阶段ꎻ②邻近层卸 压瓦斯抽采阶段ꎻ③低透气性煤层的本煤层顺层钻 孔与穿层钻孔抽采阶段ꎻ④８０ 年代至今进行的综合 抽采瓦斯阶段ꎮ 经过大半个世纪的发展ꎬ业界工作 者结合我国各地煤层地质特点及开采条件ꎬ探索出 多种适用于我国煤矿开采条件的井下传统瓦斯抽采 技术ꎬ如穿层网格式钻孔技术、顺层平行或交叉钻孔 ９４ ２０１４ 年第 ６ 期煤 炭 科 学 技 术第 ４２ 卷 技术、顶板水平长钻孔技术、高冒带钻孔技术等[６]ꎮ 这些技术的应用尽管对提高煤矿瓦斯治理的效果明 显ꎬ但是却普遍存在一个不容忽视的问题 需要 施工大量的煤岩层钻孔ꎬ并且这些抽采工程必须在 具备施工钻孔的巷道条件后或者提前开掘专门的岩 层巷道后方可实施ꎮ 这一方面大幅增加了煤矿开采 成本ꎬ另一方面ꎬ煤矿采掘巷道进入煤层后ꎬ通常又 没有足够时间施工抽采工程ꎬ导致采掘接替紧张ꎬ或 者不能很好地施工抽采工程ꎬ影响抽采效果ꎮ 而利 用采动区地面井进行瓦斯抽采的技术ꎬ既利用了采 动区煤层瓦斯卸压的高效抽采条件ꎬ又可在任意时 间施工地面抽采井ꎬ没有与井下采掘作业的相互影 响和依赖ꎬ是一种抽采瓦斯效率高、易于大规模推广 实施的新技术方法ꎬ将对改变我国煤矿瓦斯治理的 技术现状具有重要意义ꎮ 因此ꎬ笔者对煤矿采动区 地面井用于煤矿瓦斯治理的关键技术、应用效果和 应用前景进行了深入分析ꎬ以推动该项技术的快速 应用推广ꎮ １ 采动区地面井抽采的研究进展 １􀆱 １ 采动区地面井抽采的基本原理 煤层开采引起的地层剧烈活动必然在采动区上 覆岩层中产生大量的离层、裂隙ꎬ大幅增加煤岩层的 透气性ꎬ使得卸压煤层释放的瓦斯能够在其中汇集、 流动ꎬ也就是所谓的煤层开采“卸压增透效应”ꎮ 采 动区地面井抽采瓦斯技术正是基于此种思想被提 出ꎬ该技术通常是在采区回采前从地面向地下开采 煤层打直径为 ３００４５０ ｍｍ 的垂直钻孔ꎬ钻孔终孔 点一般控制在目标煤层上方ꎬ当顶板垮落后ꎬ即可利 用钻孔从具有大量裂隙的直接顶冒落带抽采瓦 斯[７]ꎮ 由于该技术是在地面施工抽采钻井ꎬ施工条件 相对简单ꎬ且不影响煤炭回采ꎬ同时能够连续进行采 前预抽、采动抽采和采空区抽采ꎬ实现对煤层瓦斯的 全过程抽采和控制ꎬ得到了国内各大矿区的青睐ꎮ １􀆱 ２ 中澳合作地面井抽采项目研究进展 中国煤炭科工集团重庆研究院以下简称重庆 煤科院与淮南矿业集团有限责任公司、澳大利 亚联邦科学工业研究院自“十五”期间开始合作进 行地面钻井抽采采动区域瓦斯相关技术的研究ꎮ 经过近十年的理论研究及现场试验ꎬ在钻井布 置原则、布井间距及钻井结构设计等方面取得了丰 硕的成果ꎮ 得出“地面钻井布置在距回风侧 ２０７０ ｍ 内有利于瓦斯抽采ꎬ布置在靠近回风侧 ３０ ｍ 以内 并适当增加钻孔直径ꎬ有益于提高钻井稳定性”的 科学结论ꎬ并根据淮南矿区的煤层地质特征先后设 计出 １ 代、２ 代及 ３ 代结构地面抽采井ꎬ研发出能够 有效防止断管的“活管节”防护装置ꎬ提高了采动区 地面抽采井的有效运行时间ꎮ 目前ꎬ淮南矿业集团 已经初步形成了一套适用于“煤层群厚表土层”地 质条件的采动区煤层气地面井设计、施工及抽采成 套技术ꎬ并在各大矿区积极推广ꎬ大幅提高了矿区的 瓦斯抽采效率和井下生产的安全性ꎬ实现了井下安 全生产及经济成本控制的双赢ꎮ １􀆱 ３ 地面井抽采在晋城的研究试验情况 晋城矿区普遍具有工作面瓦斯治理难度高、治 理压力大的困惑ꎮ 经过与重庆煤科院合作完成的 “十一五”及“十二五”期间的国家科技重大专项采 动区地面井技术研究及现场试验ꎬ切实解决了采煤 工作面、回风巷及邻近层瓦斯量过大、瓦斯浓度过高 的问题ꎬ大幅改善了煤矿井下安全生产问题ꎮ 在晋城矿区已施工了 ９ 口井抽采瓦斯ꎬ其中有 ８ 口井都取得非常好的抽采效果ꎮ 通过对每口地面 井分别进行专业的设计ꎬ从地面井覆岩的岩性分 别在寺河矿、成庄矿及岳城矿进行了取心试验进 行了系统分析ꎬ获得了地面井的变形规律及其主控 因素的时空效应ꎬ并得到了采动区地面井变形破坏 模型ꎻ提出了晋城矿区地面井变形破坏规律及布井 原则ꎻ优化了采动影响区地面井设计ꎬ给出合适的井 型结构ꎻ形成了一套适合于晋煤矿区采动影响区地 面井的开发模式ꎮ １􀆱 ４ 采动区地面井抽采的主要问题及关键技术 国内各大矿区的采动区地面井抽采技术试验表 明ꎬ很多采动区地面井在工作面推过之时很快就会 发生损毁ꎬ产气量陡降甚至不再出气ꎬ导致地面井的 服务期限极短ꎬ抽采总量很小ꎮ 反之ꎬ所有没有损毁 的地面井都能充分利用工作面回采的卸压影响而抽 采大量的瓦斯ꎮ 因此ꎬ如何防止地面井受采动影响 而损毁是采动区地面井抽采技术发展的重点与 难点ꎮ 针对此问题ꎬ重庆煤科院对采动区地面井破坏 机理进行了深入研究ꎬ发现地面井在采动影响下的 变形破坏是以钻井套管的 Ｓ 形剪切破坏图 １和拉 伸“径缩”破坏图 ２为主要形式的综合破坏[８]ꎮ 经过近十年的研究ꎬ采动区地面井抽采关键技 术已经获得了突破性进展ꎬ主要体现在以下 ４ 点ꎮ ０５ 孙东玲等煤矿采动区地面井瓦斯抽采技术及其应用前景分析２０１４ 年第 ６ 期 ｕｙ岩层最大剪切位移 图 １ 套管剪切变形破坏的 Ｓ 形模型 图 ２ 套管离层拉伸变形破坏 １采动区地面井变形破坏理论及关键参数ꎮ 建立了煤矿采动区地面瓦斯抽采钻井拉、剪、挤及综 合变形破坏模型ꎬ初步形成采动区地面井“层面拉 剪变形”理论框架ꎮ 通过钻井套管、护井水泥环、岩 壁三域耦合作用模型ꎬ获得了钻井套管最大剪应力 和最大拉伸应力函数ꎬ发现地面井套管的壁厚、井身 半径、钢级等参数对钻井套管抗变形能力影响明显ꎮ ２采动区地面井身结构优化设计技术ꎮ 基于 极限分析理论ꎬ建立了判识地面井套管破坏时机的 剪切安全系数和拉伸安全系数的概念ꎬ并构建出地 面井套管破坏高危位置 Ｐ 系数判识法ꎬ用于指导采 动影响区地面井井身结构优化设计ꎮ ３采动区地面井抗破坏防护结构及措施ꎮ 由 于地面井的损毁主要发生在局部关键部位ꎬ遵循 “以避为主ꎬ以抗为辅”的指导思想ꎬ研制出能够大 幅提高地面井抗破坏性能的剪切、拉伸、厚壁刚性等 一系列防护结构以及钻固井有效防护措施ꎮ ４采动区地面井抽采成套技术体系ꎮ 形成了 一套适用于不同矿区煤层地质条件和采掘工艺特点 的ꎬ集地面井身结构设计、井位布置优化、钻井施工 方案设计、地面井抽采系统设计及钻井工程防护技 术等各种技术于一体的采动区地面井抽采成套技术 体系ꎮ ２ 采动区地面井抽采方式及效果分析 ２􀆱 １ 煤层群条件淮南模式 １基本布井原则ꎮ 地面井的位置在倾向上向 采场中部偏移ꎬ一般选择距离回风巷 ５０８０ ｍ 的区 域布井ꎮ 在地质和生产接替允许的条件下ꎬ可以考 虑将地面井的布井位置选择在采区间的保护煤柱 上ꎬ以减弱钻井套管在煤层群重复采动影响下的反 复岩层运动作用ꎮ 厚表土层和基岩界面以及厚硬关 键层界面位置是地面井套管变形破坏的高危破坏位 置ꎬ应在该部位施加防护结构或者采取防护措施ꎮ ２地面钻井设计ꎮ 采动区瓦斯地面井身结构 主要采用三开的井身结构ꎬ一开钻至基岩下 ３０ ｍꎬ 二开钻至保护煤层上方５１０ ｍꎬ三开钻至开采煤层 底板内 １２ ｍꎮ 二开为钻井主要产气井段ꎬ在被保 护煤层上方 ２０３０ ｍ 采用局部固井措施ꎬ使用筛管 贯穿整个被保护煤层群ꎮ 淮南矿区采动区地面井结 构如图 ３ 所示ꎮ 图 ３ 淮南矿区采动区地面井结构 ３抽采效果分析ꎮ 设计的 ３ 代新型钻井在淮 南潘一煤矿进行了抽采试验ꎬ取得了很好的瓦斯抽 采效果ꎬ试验钻井正常运行时间超过 ２００ ｄꎬ在工作 面回采结束后ꎬ钻孔平均瓦斯体积分数仍然高达 ８５％ꎬ平均抽采瓦斯纯量 ３ ｍ３/ ｍｉｎ 左右ꎮ 图 ４ 所示为某试验钻井瓦斯抽采数据走势ꎬ可 以看出ꎬ钻井抽采瓦斯流量在工作面过井 ７０ ｍ 左右 达到峰值 ３０ ｍ３/ ｍｉｎ 左右ꎬ抽采瓦斯体积分数高达 ９０％以上ꎬ随着推过距离的增大ꎬ流量缓慢衰减ꎬ基 本维持在 １５ ｍ３/ ｍｉｎ 左右ꎮ 图 ４ 潘一煤矿某试验钻井瓦斯抽采数据走势 ２􀆱 ２ 单一开采煤层条件晋城模式 １基本布井原则ꎮ 单一大采高条件ꎬ在回避陷 落柱的前提下ꎬ一般选择距离回风巷 ４０８０ ｍ 的区 域进行钻井布井ꎻ宜采用充填法对采空区顶板进行 管理ꎬ减缓顶板及覆岩沉降提高钻井安全性ꎻ当回采 工作面推进到钻井位置前后 １ 倍采动影响半径范围 内时ꎬ应加速通过该区域ꎬ以降低回采工作期间的剧 １５ ２０１４ 年第 ６ 期煤 炭 科 学 技 术第 ４２ 卷 烈扰动ꎮ ２地面钻井设计ꎮ 采动区瓦斯地面井身结构 主要采用三开的井身结构ꎬ一开位于基岩下 ３０ ｍꎬ 二开布置在裂隙带ꎬ三开钻至开采煤层底板内 ３０ ｍꎮ 二开采用局部固井措施ꎬ具体位置根据采动影 响下不同高位破坏位置的分布高度计算确定ꎻ三开 为钻井主要产气井段ꎬ全程使用筛管ꎮ 晋城矿区采 动区地面井结构如图 ５ 所示ꎮ 图 ５ 晋城矿区采动区地面井结构 ３抽采效果分析ꎮ 在晋煤寺河矿及成庄矿的 地面井抽采试验取得了很好的瓦斯治理效果ꎬ普遍 抽采瓦斯体积分数高达 ５０％ ９０％ꎬ抽采瓦斯纯量 峰值 １􀆱 ３５ 万 ｍ３/ ｄꎬ平均 ０􀆱 ６ 万 ｍ３/ ｄ 以上ꎮ 图 ６ 为寺河矿抽采瓦斯纯量、瓦斯浓度与采煤 工作面至井位距离的关系ꎮ 可以看出ꎬ在工作面推 过井位 ３ ｍ 左右ꎬ抽采瓦斯纯量、瓦斯浓度逐步趋于 稳定ꎬ抽采瓦斯纯量达 １􀆱 ２ 万 ｍ３/ ｄꎬ瓦斯体积分数 ８５％左右ꎮ 在工作面推过井位 ３５０ ｍ 后ꎬ抽采瓦斯 纯量降到 ０􀆱 ３ 万 ｍ３/ ｄ 左右ꎬ瓦斯体积分数维持在 ２４􀆱 ３％左右ꎮ 图 ６ 抽采瓦斯纯量和浓度与采煤工作面至井位距离关系 图 ７ 为地面井抽采对工作面瓦斯的影响ꎬ由图 ７ 可知ꎬ地面井还未抽采时ꎬ工作面平均瓦斯体积分 数为 ０􀆱 ７６％ꎬ平均风排瓦斯量达 ３０􀆱 ４ ｍ３/ ｍｉｎꎻ地面 井进行抽采后ꎬ工作面平均瓦斯体积分数降至 ０􀆱 ４１％以下ꎬ平均风排瓦斯量降至 １６􀆱 ４ ｍ３/ ｍｉｎ 以下ꎮ 图 ７ 地面井抽采对工作面瓦斯的影响 ３ 我国典型赋存条件下的应用前景 ３􀆱 １ 在开采煤层群矿区的应用 开采煤层群矿区是最能发挥采动区地面井抽采 效能的矿区条件ꎮ 充分利用煤层群开采条件下的下 首采层采动卸压增流效应ꎬ对邻近层进行充分的卸 压抽采是进行煤层群条件下瓦斯灾害综合治理和煤 层气资源高效开发的必经之路ꎬ但以前主要依靠在 井下施工的抽采钻孔ꎬ由于受井下的空间、时间限制 而难以实施ꎮ 新的采动区地面井抽采技术ꎬ将使这 种抽采卸压邻近层瓦斯的做法更容易实施ꎬ至少使 那些井下不容易实施邻近层抽采工程的矿井ꎬ有了 一种可行的选择ꎮ 这种技术应用的关键是改变煤层 的开采顺序ꎬ先开采下部的煤层ꎬ而用地面井进入上 部各煤层ꎬ在下部煤层开采时ꎬ利用其对上部煤层的 卸压作用大量开采卸压瓦斯ꎮ 此后ꎬ在上部煤层开 采时ꎬ地面井仍然可用于抽采采空区瓦斯ꎮ ３􀆱 ２ 在开采单一煤层矿区的应用 对于开采单一煤层的矿区ꎬ尽管不存在一个被 卸压的煤层可供抽采瓦斯ꎬ但实践证明ꎬ采动区地面 井仍能发挥有效的抽采效果ꎮ 在煤层开采过程中ꎬ 于采空区上部产生了冒落、裂隙带ꎬ形成了一个储 存、运移瓦斯的空间ꎬ而用地面井连通到开采煤层上 部的这一空间进行抽采ꎬ通过在晋城矿区的应用效 果看ꎬ单井瓦斯抽采量平均达到 １０ ｍ３/ ｍｉｎ 左右ꎬ明 显降低了工作面的瓦斯浓度ꎮ 抽采卸压解吸瓦斯和 邻工作面采空区及裂隙带内的涌出瓦斯、上隅角瓦 斯、老采空区瓦斯等ꎬ可以对工作面瓦斯进行有效控 制ꎮ 在根据矿区采掘接替部署进行规模化部署后可 以有效降低工作面瓦斯控制压力ꎬ提高安全生产水 平ꎬ同时提高煤层气资源开发效率ꎮ ４ 结 语 采动区地面井瓦斯抽采是低透气性煤层瓦斯抽 下转第 ３９ 页 ２５